ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN TELECOMUNICACIONES Y REDES

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1 ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA ESCUELA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA EN TELECOMUNICACIONES Y REDES ESTUDIO TÉCNICO DE UNA RED SATELITAL QUE BRINDE SOPORTE A SERVICIOS DE VOIP TESIS DE GRADO Previa a la obtención del título de INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y COMPUTACIÓN Presentado Por: JUAN PAULO ANDRADE HERNÁNDEZ RIOBAMBA ECUADOR 2012

2 Mis más sinceros agradecimientos A DIOS por ayudarme a cumplir este proyecto en mi vida profesional, A mis Padres que con su guía estoy aquí gracias a su esfuerzo, Al Ing. Edwin Altamirano que con su dirección se realizo el presente proyecto.

3 Dedico el presente trabajo a todas aquellas personas que hicieron esto posible, especialmente a Dios porque sin su bendición nada habría sido posible, a mi hija Paula Estefanía que es mi impulso y mi fuerza en cada paso que doy, a mis padres Gustavo y Cornelia por su inmenso apoyo e infinito amor, a mis hermanas Marisol y Vanessa por su cariño y a todas esas personas que confiaron en mí y me guiaron por el camino correcto en busca de alcanzar mis sueños y mis metas. PAULO.

4 NOMBRE FIRMA FECHA Ing. Iván Menes C. DECANO FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRÓNICA Ing. Pedro Infante M. DIRECTOR DE ESCUELA INGENIERÍA ELECTRONICA EN TELECOMUNICACIONES Y REDES Ing. Edwin Altamirano S. DIRECTOR DE TESIS Dr. Geovanny Vallejo. MIEMBRO DEL TRIBUNAL Tlgo. Carlos Rodríguez DIR. DPTO. DOCUMENTACIÓN NOTA DE LA TESIS

5 Yo, Juan Paulo Andrade Hernández, soy responsable de las ideas, doctrinas y resultados expuestos en esta tesis; y, el patrimonio intelectual de la Tesis de Grado pertenece a la ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DE CHIMBORAZO Juan Paulo Andrade Hernández

6 ÍNDICE DE ABREVIATURAS ADPCM Adaptive differential pulse code modulation ADSL Asymmetric digital subscriber line ATM Asynchronous transfer mode BPF Berkeley Packet Filter CB-WFQ Class-Based Weighted Fair Queuing CQ Custom queuing CSC Common Signaling Channel DNS Domain Name Service DVB Digital video broadcasting DVB-C Digital Video Broadcasting-Cable DVB-RCP Digital video broadcasting return channel PSTN DVB-RCS Digital video broadcasting return channel Satellite DVB-S Digital Video Broadcasting Satellite DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial FIFO First Input First Output GEO Orbit Geo-stationary HTTP. Hypertext Transfer protocol IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol ISL Inter Satellite Link ITU Union International Telecommunications LAN Local Area Network LEO Low Earth Orbit LNA Noise Low Amplifier LPC Linear Prediction Coefficients MCU Multipoint Control Unit MFSP Multi Frame into Single Packet MF-TDMA Multi Frequency-time division Multiple access MGCP Media Gateway Control Protocol MPC-MLQ Multi-Pulse Maximum Likelihood Quantitation MPE Multiple Protocol Encapsulation MPEG Moving picture experts group NCC Network Center Control NCR Network Clock Referent PBX Private Branch Exchange PCM Pulse Code Modulation POP3 Post office protocol 3

7 PQ PSTN QoS RAS RSVP RTP SDP SIP SIT SMTP TCP TDM UA UAC UAS UDP VBR VOIP WAN WFQ Priority Queuing Public Switched Telephone Network Quality of Service Remote Access Service Resource ReserVation Protocol Real time protocol Session Description Protocol Session initiation protocol Satellite Interactive Terminal Simple Mail Transfer Protocol Transference Control Protocol Time division Multiple User Agent User Agent Clients User Agent Servers User Datagram Protocol Variable Bit Rate Voice Over Internet Protocol Wide Area Network Weighted fair queuing

8 INDICE GENERAL PORTADA AGRADECIMIENTO DEDICATORIA ÍNDICE DE ABREVIATURAS ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS INDICE DE TABLAS INTRODUCCION CAPITULO 1 1. FORMULACION GENERAL DEL PROYECTO DE TESIS ANTECEDENTES JUSTIFICACION DEL PROYECTO DE TESIS OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES OBJETIVOS ESPECIFICOS HIPOTESIS...18 CAPITULO 2 2. MARCO TEORICO VoIP Funcionamiento VoIP Protocolos Fundamentales VoIP Interacción del protocolo H.323 con VoIP Compresión de voz ESTANDAR G ESTANDAR G ESTANDAR G ESTANDAR G Señalización Direccionamiento Enrutamiento Protocolo SIP Servidores de Registro Servidores Proxy y de Redirección Mensajes SIP Aspectos de VoIP Consumo de bps o velocidad de transmisión...30

9 Calidad de servicio (QoS) Métodos de solución para paquetes en cola Retardo Pérdida de paquetes Seguridad Telefonía IP comparada con Telefonía convencional Escenarios de la voz IP en servicios de telefonía Llamadas teléfono a teléfono Llamadas PC a teléfono o viceversa Llamadas PC a PC...35 CAPITULO 3 3. REDES SATELITALES Características de las Redes Satelitales Elementos de las Redes Satelitales Clasificación de las Transmisiones Satelitales Modelos de enlace del sistema satelital Modelo de subida Transponder Modelo de bajada Satélites orbitales Satélites geoestacionarios Parámetros típicos de la órbita geoestacionaria...44 CAPITULO 4 4. VOZ SOBRE IP EN REDES SATELITALES Voz Sobre IP en Satélites El Satélite Velocidad de transmisión Jitter Retardo de extremo a extremo Perdidas de paquetes Disponibilidad de grandes velocidades de transmisión Tecnología Vía Satélite para el protocolo IP DVB-RCS Formato de ráfaga Tráfico (TRF) ATM TRF MPEG2-TS ráfaga TRF optativo IP sobre MPEG-2 (Motion Picture Expert Group)...50

10 4.11.ISL (ENLACES ENTRE SATELITES) Inconvenientes de los ISL MÉTODO MFSP Descripción del método MFSP en aplicaciones de voz Procesos para la simulación de MFSP en Redes satelitales...58 CAPITULO 5 5. ESTABLECIMIENTO DE PARAMETROS PARA LA SIMULACIÓN Parámetros e importancia de estos en el análisis en redes satelitales Transporte efectivo (te) Tiempo de viaje (rt) Número de paquetes (carga útil) Que es Matlab Por que usar Matlab Algoritmo del programa de simulación aplicado a VOIP en redes satelitales Diagrama de flujo del programa de simulación Simulaciones realizadas en Matlab Simulación de 2 Llamadas Agrupadas con MFSP Simulación de 5 Llamadas Agrupadas con MFSP Simulación de 36 Llamadas Agrupadas con MFSP...91 CAPITULO 6 6. RESULTADOS Y CONCLUCIONES Resultado Simulación del Agrupamiento de 2 tramas de voz con MFSP en redes satelitales Resultado Simulación del Agrupamiento de 5 tramas de voz con MFSP en redes satelitales Resultado Simulación del agrupamiento de 36 tramas de voz con MFSP en redes satelitales Análisis de los resultados de las simulaciones del método MFSP en redes satelitales CONCLUSIONES RECOMENDACIONES RESUMEN BIBLIOGRAFÍA

11 INDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Proceso de una llamada VOIP Figura 2.2 Codificación y compresión de voz en el mismo dispositivo Figura 2.3 Codificación y compresión de voz realizado por PBX Digital...20 Figura 2.4 Estructura de red básica conectadas telefónicamente a través de Internet...21 Figura 2.5 Pila de protocolos VOIP...22 Figura 2.6 Muestreo y codificación de la señal de voz Figura 2.7 Esquema de protocolos bajo transmisión SIP Figura 2.8 Esquema de comunicación protocolo SIP Figura 2.9 Registro SIP Figura 2.10 Mensajes SIP...29 Figura 2.11 Retardos en una llamada VoIP...33 Figura 3.12 Transmisiones Satelitales...40 Figura 3.13 Modelo de subida del sistema satelital Figura 3.14 Transponder Figura 3.15 Modelo de bajada del sistema satelital...42 Figura 3.16 Figura 3.17 Órbita del satélite...43 Parámetros típicos de la órbita geoestacionaria...44 Figura 4.18 Redes VSAT...46 Figura 4.19 Tráfico ATM en el contexto DVB-RCS...49 Figura 4.20 Tráfico MPEG en el contexto DVB-RCS...50 Figura 4.21 Tráfico DVB-RCS en el sentido ascendente y descendente...51 Figura 4.22 Área de cobertura satelital...52 Figura 4.23 Área de cobertura satelital con ISL...53 Figura 4.24 Cont. Área de cobertura satelital con ISL...53 Figura 4.25 Red general conexión a nivel LAN y WAN...54 Figura 4.26 Esquema general del método MSFP en aplicaciones de voz...57 Figura 5.27 Codificación de primeros 10 ms generados...63 Figura 5.28 Codificación de 10 ms generados y empaquetamiento de los primeros 10 ms...64 Figura 5.29 Codificación de 10 ms generados, empaquetamiento de los segundos 10 ms y envió a capa 2 de los primeros 10 ms generados...65 Figura llamadas de tres minutos con G711. Consumo de bits Transmisión normal...71 Figura llamadas de tres minutos con G711. Consumo de bits. Transmisión MFSP...71 Figura llamadas de tres minutos con G711. Relación porcentual. Transmisión normal...72 Figura llamadas de tres minutos con G711. Relación porcentual. Transmisión MFSP...72

12 Figura llamadas de tres minutos con G726. Consumo de bits Transmisión normal...73 Figura llamadas de tres minutos con G726. Consumo de bits. Transmisión MFSP...73 Figura llamadas de tres minutos con G726. Relación porcentual. Transmisión normal...74 Figura llamadas de tres minutos con G726. Relación porcentual. Transmisión MFSP...74 Figura llamadas de tres minutos con G729. Consumo de bits Transmisión normal...75 Figura llamadas de tres minutos con G729. Consumo de bits. Transmisión MFSP...75 Figura llamadas de tres minutos con G729. Relación porcentual. Transmisión normal...76 Figura llamadas de tres minutos con G729. Relación porcentual. Transmisión MFSP...76 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits Transmisión normal 77 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits. Transmisión MFSP...77 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión normal...78 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión MFSP...78 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits Transmisión normal 79 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits. Transmisión MFSP...79 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión normal...80 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión MFSP...80 Figura llamadas de tres minutos con G711. Consumo de bits Transmisión normal...81 Figura llamadas de tres minutos con G711. Consumo de bits. Transmisión MFSP...81 Figura llamadas de tres minutos con G711. Relación porcentual. Transmisión normal...82 Figura llamadas de tres minutos con G711. Relación porcentual. Transmisión MFSP...82 Figura llamadas de tres minutos con G726. Consumo de bits Transmisión normal...83 Figura llamadas de tres minutos con G726. Consumo de bits. Transmisión MFSP...83 Figura llamadas de tres minutos con G726. Relación porcentual. Transmisión normal...84 Figura llamadas de tres minutos con G726. Relación porcentual. Transmisión MFSP...84 Figura llamadas de tres minutos con G729. Consumo de bits Transmisión normal...85 Figura llamadas de tres minutos con G729. Consumo de bits. Transmisión MFSP...85 Figura llamadas de tres minutos con G729. Relación porcentual. Transmisión normal...86 Figura llamadas de tres minutos con G729. Relación porcentual. Transmisión MFSP...86 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits Transmisión normal 87 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits. Transmisión MFSP...87 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión normal...88 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión MFSP...88 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits Transmisión normal 89 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits. Transmisión MFSP...89

13 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión normal...90 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión MFSP...90 Figura llamadas de tres minutos con G711. Consumo de bits Transmisión normal...91 Figura llamadas de tres minutos con G711. Consumo de bits. Transmisión MFSP...91 Figura llamadas de tres minutos con G711. Relación porcentual. Transmisión normal...92 Figura llamadas de tres minutos con G711. Relación porcentual. Transmisión MFSP...92 Figura llamadas de tres minutos con G726. Consumo de bits Transmisión normal...93 Figura llamadas de tres minutos con G726. Consumo de bits. Transmisión MFSP...93 Figura llamadas de tres minutos con G726. Relación porcentual. Transmisión normal...94 Figura llamadas de tres minutos con G726. Relación porcentual. Transmisión MFSP...94 Figura llamadas de tres minutos con G729. Consumo de bits Transmisión normal...95 Figura llamadas de tres minutos con G729. Consumo de bits. Transmisión MFSP...95 Figura llamadas de tres minutos con G729. Relación porcentual. Transmisión normal...96 Figura llamadas de tres minutos con G729. Relación porcentual. Transmisión MFSP...96 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits Transmisión normal.97 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits. Transmisión MFSP...97 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión normal...98 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión MFSP...98 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits Transmisión normal.99 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Consumo de bits. Transmisión MFSP...99 Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión normal Figura llamadas de tres minutos con G kbps Relación porc. Transmisión MFSP...100

14 INDICE DE TABLAS Tabla 2.1 Protocolos para VOIP...25 Tabla 2.2 Cuerpo del mensaje SIP Tabla2.3 Disponibilidad de servicios en SIP y H Tabla 2.4 Clasificación de tipos de llamadas...32 Tabla 2.5 Retardos por codificación según codificador...33 Tabla 2.6 Retardo por paquetización...34 Tabla 4.7 Agrupamientos de 5 tramas de voz de la misma llamada...55 Tabla 4.8 Resultado de agrupamiento de tramas de la misma llamada...56 Tabla 4.9 Agrupamiento de 5 tramas de voz de diferentes llamadas...56 Tabla 4.10 Resultado de agrupamiento de tramas de varias llamadas...56 Tabla 4.11 Para llamadas sin agrupar (Proceso Normal)...60 Tabla 5.12 Número de tramas necesarias según el codificador...63 Tabla 6.13 Resultados MFSP con dos tramas Tabla 6.14 Resultados MFSP con cinco tramas Tabla 6.15 Resultados MFSP con treinta y seis tramas...102

15 INTRODUCCION Desde hace algunos años, gracias a la evolución tecnológica se han desarrollado nuevas tecnologías y nuevos dispositivos que han revolucionado totalmente el campo de las telecomunicaciones. Un ejemplo claro fue el desarrollo de los teléfonos celulares que supusieron un punto de inflexión en el panorama de las comunicaciones. Pero la verdadera revolución ha llegado gracias a la explosión de un fenómeno sin igual: Internet. Debido al gran crecimiento de la demanda de servicios de banda ancha (Internet, servicios multimedia, etc.) en lugares donde aún no han llegado las infraestructuras cableadas necesarias (países en desarrollo, zonas aisladas, etc.), o se hace imposible su instalación (barcos, aviones, etc.), se está incrementando el uso de redes satelitales. Se trata de redes de datos que incluyen en su ruta un segmento vía satélite, aunque no exento de una serie de inconvenientes para proporcionar este tipo de servicios. Las comunicaciones espaciales que utilizan protocolos de tipo IP se pueden definir como Internetworking espacial, o simplemente Internet espacial. Estas comunicaciones cubren un gran entorno espacial con vehículos aéreos no tripulados (UAV), o plataformas de gran altitud (HAP), que van desde órbitas cercanas a la tierra (LEO), por debajo de los 5035 Km, hasta órbitas muy lejanas incluyendo la geoestacionaria (GEO), a Km. El mundo de las telecomunicaciones evoluciona a un ritmo vertiginoso, con lo que respecta a las telecomunicaciones por satélite cambian a un ritmo aún mayor para estar acorde al nuevo entorno mundial. La aplicabilidad de VoIP esta influyendo en todos los medios debido a su gran utilidad de la unificación de una sola red para la transmisión de voz y datos. Los diferentes medios de transmisión actuales presentan ventajas y desventajas para la implementación de esta tecnología. Uno de los medios de transmisión es los sistemas satelitales que tienen su gran ventaja de cobertura mundial y la no necesidad de realizar instalación de equipos en medios terrestres (unidades móviles). El presente trabajo tiene por finalidad investigar el Método MFSP en VoIP a través de redes satelitales para examinar su aplicabilidad y la optimización de la transmisión de VoIP en redes satelitales.

16 CAPITULO 1 1. FORMULACION GENERAL DEL PROYECTO DE TESIS 1.1. ANTECEDENTES Una red satelital consiste de un transponder (dispositivo receptor-transmisor), una estación basada en tierra que controla su funcionamiento y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisión y recepción del tráfico de comunicaciones, a través del sistema de satélite. El funcionamiento del internet satelital consiste en un terminal cliente (antena parabólica y modem) que establece una conexión a través de un satélite con el telepuerto (donde se reciben las peticiones del terminal cliente y se envían los resultados). El telepuerto tiene conexiones de alta velocidad a internet, las cuales son divididas entre las antenas clientes para proporcionales el servicio, debido a que el enlace es vía satélite no es posible captarlo con tarjetas inalámbricas. La red satelital permite establecer una conexión de internet de banda ancha en prácticamente cualquier lugar del mundo, con lo cual se puede establecer comunicación con algún punto remoto sin necesidad de líneas telefónicas o cableados complicados. Voz sobre Protocolo de Internet, también llamado Voz IP, VozIP, VoIP (por sus siglas en inglés), es un grupo de recursos que hacen posible que la señal de voz viaje a través de Internet empleando un protocolo IP (Protocolo de Internet). Esto significa que se envía la señal de voz en forma digital, en paquetes, en lugar de enviarla en forma

17 analógica, a través de circuitos utilizables sólo para telefonía como una compañía telefónica convencional o PSTN (sigla de Public Switched Telephone Network, Red Telefónica Pública Conmutada) JUSTIFICACION DEL PROYECTO DE TESIS En respuesta al requerimiento actual, la rapidez, flexibilidad y calidad de Servicio, hace frente a la creciente demanda de internet y aplicaciones que requieren gran ancho de banda. Las redes satelitales son la solución idónea para la prestación de determinados servicios y en especial en aquellos escenarios en donde las redes terrestres convencionales no son viables, además permite llegar a emplazamientos donde otras tecnologías terrestres no están disponibles. Este trabajo busca además revelar varios aspectos técnicos que se mueven dentro de una red Satelital, sus fortalezas o debilidades y que a futuro se podrían implementar. La tecnología VoIP trata de transportar la voz, previamente procesada, encapsulándola en paquetes para poder ser transportadas sobre redes de datos sin necesidad de disponer de una infraestructura telefónica convencional. Con lo que se consigue desarrollar una única red homogénea en la que se envía todo tipo de información ya sea voz, video o datos, o las tres. Los sistemas de comunicación por satélite son parte fundamental de la mayoría de redes de telecomunicaciones del mundo. Durante las ultimas tres décadas, las comunicaciones satelitales han sido parte esencial del sistema de telecomunicaciones que lidera el mercado. La combinación de voz sobre IP y a través del Satélite es una tecnología reciente que no tiene mucho desarrollo. Es más, la tecnología VOIP es relativamente un nuevo concepto que desde hace una década y media que el concepto tomó más enfoque. Esta combinación demuestra ser una opción de conectividad que eliminaría las llamadas de larga distancia de la telefonía tradicional. Hasta donde se sabe la combinación de estas tecnologías necesitan más investigación y éste es una de las mayores motivaciones de este estudio. Dejar en pie un documento que permita la posibilidad de implementar una red Satelital que brinde soporte a servicios de VoIP.

18 OBJETIVOS OBJETIVOS GENERALES: Realizar el estudio técnico de una red satelital que brinde soporte a servicios de VoIP OBJETIVOS ESPECIFICOS: Investigar VoIP a través de redes satelitales para examinar su aplicabilidad y la optimización de la transmisión de VoIP en redes satelitales. Analizar la arquitectura de una red Satelital. Verificar el funcionamiento del método MFSP. Comprobar si el método MFSP presenta una mejoría en la transmisión de voz sobre IP. Realizar las simulaciones de transmisión de VoIP utilizando MATLAB HIPOTESIS El presente trabajo de investigación permite tener el estudio técnico de una red satelital que brinde soporte a servicios de VoIP.

19 CAPITULO 2 2. MARCO TEORICO 2.1. VoIP VoIP significa (Voice over Internet Protocol) lo que se desea es que la voz viaje encapsulada en paquetes IP. Esta tecnología unificaría dos mundos separados, él de la transmisión de voz y él de la transmisión de datos, en una sola red acarreando menores costos, ya que el mantenimiento de una sola red resulta más económico que el manteniendo de dos redes diferentes. Cabe indicar que VoIP, no es en sí mismo un servicio, sino una tecnología que encapsula la voz en paquetes para poder transpórtala en una red de datos. El servicio de telefonía se basa en conmutación de circuitos y esta utiliza ineficientemente la red, por otra parte la telefonía IP utiliza conmutación de paquetes y cada llamada es un flujo de paquetes que se envían codificadas en el canal permitiendo tener múltiples llamadas a través del mismo canal. Cuando ocurre un silencio en una conversación, los paquetes de datos de otras conversaciones pueden ser transmitidos por la red, lo que implica un uso más eficiente de la misma Funcionamiento VoIP VoIP funciona, en el lado transmisor se convierte la señal analógica de la voz en una señal discreta, posterior a esto se la codifica y por ultimo se la almacena dentro de paquetes IP. Entonces es transportada a través de la red de datos y en recepción se realiza el proceso inverso. Más específicamente el proceso inicia en el extremo emisor con la señal analógica del teléfono que es digitalizada en muestras PCM por medio del codificador/decodificador de voz (codec). Estas muestras PCM ingresan al algoritmo de compresión, el cual comprime y la fracciona estas muestras dentro de paquetes IP para ser transmitidos a través de la red. En el extremo receptor se realizan exactamente las mismas funciones en un orden inverso.

20 Figura 2.1 Proceso de una llamada VOIP. Dependiendo de la forma en la que la red este configurada, el enrutador o puerta de enlace puede realizar la labor de codificación, decodificación y compresión. Figura 2.2 Codificación y compresión de voz en el mismo dispositivo. En cambio si se utiliza una PBX digital, es esta la que realiza la función de codificación, y el enrutador solo se dedica a procesar el flujo de información que ha enviado la PBX. Figura 2.3 Codificación y compresión de voz realizado por PBX Digital

21 Dentro de la estructura básica de una red VoIP hay que diferenciar tres elementos fundamentales: Terminales: Son los dispositivos que utilizarán los usuarios para comunicarse. Implementados tanto en hardware como en software realizan las funciones de los teléfonos tradicionales. Gateways: De forma transparente se encargan de conectar las redes VoIP con las redes de telefonía tradicional. Gatekeepers: Son el centro neurálgico de las redes VoIP. Se encargan de realizar tareas de autenticación de usuarios, control de admisión, control de ancho de banda, encaminamiento, servicios de facturación y temporización, etc. En la figura 2.4 podemos ver una estructura de red básica entre lo que serían dos delegaciones de una misma empresa conectadas telefónicamente a través de Internet. Figura 2.4 Estructura de red básica conectadas telefónicamente a través de Internet

22 2.3. Protocolos Fundamentales VoIP Interacción del protocolo H.323 con VoIP El estándar H.323 fue diseñado para proveer a los usuarios con transmisiones que posean capacidades de voz, video y datos sobre redes de conmutación de paquetes. El estándar H.323 proporciona la base para la transmisión de voz, datos y vídeo sobre redes no orientadas a conexión y que no ofrecen un grado de calidad del servicio, como son las redes basadas en IP, incluida Internet, por lo que se puede ocupar para implementar VoIP en una red de conmutación de paquetes. H.323 comprende también una serie de estándares y se apoya en una serie de protocolos que cubren los distintos aspectos de la comunicación; así se tiene: Direccionamiento Para el direccionamiento utiliza el protocolo RAS que es un protocolo de comunicaciones que permite a una estación H.323 localizar a otra estación H.323 a través del gatekeeper, también utiliza el protocolo DNS con el mismo fin que el protocolo RAS pero a través de un servidor DNS Transmisión de voz: Para la transmisión de datos se utiliza el protocolo UDP, aunque UDP no ofrece integridad en los datos, el aprovechamiento de los recursos (velocidad de transmisión) es mayor que con TCP. También se utiliza el protocolo de tiempo real RTP que se encarga de los factores relativos a la temporización, etiquetando los paquetes UDP para la entrega de estos en recepción Control de la transmisión: Para el control de la transmisión se utiliza el protocolo RTCP que detecta congestión en la red y aplica acciones correctoras. Figura 2.5 Pila de protocolos VOIP

23 Actualmente se puede partir de una serie de elementos ya disponibles en el mercado para construir las aplicaciones VoIP. Estos elementos son: Teléfonos IP. Adaptadores para PC. Hubs telefónicos. Gateways (pasarelas RTC / IP). Gatekeeper. Unidades de audio conferencia múltiple. (MCU voz) Servicios de directorio Compresión de voz Los algoritmos de compresión reciben muestras PCM. Estos comprimen las muestras a partir de bloques de longitud que varía dependiendo el codificador, por ejemplo el tamaño básico de un bloque del estándar G 729 es 10 ms, mientras que el tamaño básico de un bloque del estándar G723.1 es 30ms. Figura 2.6 Muestreo y codificación de la señal de voz. La señal de voz es digitalizada en tramas PCM luego de esto pasa al algoritmo de compresión en intervalos de 10 ms ESTANDAR G.711 El estándar G.711 de la ITU-T se emplea en la codificación de señales PCM implementando la ley A o la ley µ. Obteniendo una señal digital de 64 kbps. Cuando se dispone de velocidades de red reducidas, es conveniente tratar de minimizar el requerimiento de bits por segundo. Por eso, se han desarrollado

24 varias recomendaciones, que reducen la velocidad de transmisión requerida, a expensas de degradar la calidad de la voz ESTANDAR G.729 El estándar G.729 para señales de audio desarrollado por la ITU, codifica las señales PCM a 8 kbit/s utilizando CS- ACELP. Que se fundamenta en el modelo CELP que no mantiene la estructura de onda sino que codifica el audio en base a características del oído y de la voz humana, trabajando con ventanas de audio de 10 ms que equivalen a 80 muestras u 80 bits (este valor se debe a la frecuencia de muestreo que es de muestras por segundo) ESTANDAR G.726 El estándar G.726 de la ITU-T codifica señales PCM, genera entre kbit/s y se basa en tecnología ADPCM. El modo más utilizado frecuentemente es 32 kbit/s, ya que es la mitad de la velocidad del G.711 pero mantiene los datos de voz generados y aumenta la capacidad de utilización de la red en un 100%. ITU estandarizó G.726 por primera vez en ESTANDAR G El estándar G fue desarrollado por la ITU, este codifica señales PCM a 6.4 kbit/s o 5.3 kbit/s utilizando ventanas de audio de 30 ms. Para la codificación a 6.4 kbps se utiliza el algoritmo MPC-MLQ, generando 24 bytes por cada ventana de 30 ms. Para la codificación a 5.3 kbps se utiliza ACELP, generando 20 bytes por cada ventana de 30 ms Señalización La señalización VoIP está distribuida en 3 áreas distintas: señalización entre la PBX origen y el enrutador, señalización entre enrutadores y señalización del enrutador a la PBX destino. Cuando el enrutador destino recibe la llamada solicitante, este genera y envía una señalización a la PBX. Después que la PBX envía un acuse de recibo, el enrutador envía los dígitos a la PBX, y genera un acuse de recibo de llamada al enrutador de origen. En una red IP (red no orientada a la conexión), la responsabilidad del establecimiento de la comunicación y de la señalización es de las estaciones finales. RTCP es usado para establecer canales de audio. Un protocolo confiable orientado a la conexión, TCP, es utilizado entre estaciones finales para transportar los canales de señalización. RTP, el cual está soportado en UDP, es usado para el transporte del caudal de audio en tiempo real. La Tabla 2.1 relaciona las capas del Modelo de referencia OSI con los protocolos que utiliza el estándar H.323.

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